Forscher der Universität Limerick (Irland) haben ein neues Material entwickelt, das in der Lage ist, giftige Chemikalien aus der Luft aufzufangen.
Das Material ist in der Lage, Spuren von Benzol, einem giftigen Schadstoff, aus der Luft aufzufangen und verbraucht dabei weniger Energie als bestehende Materialien, so die Forscher.
Das schwammartige, poröse Material könnte die Suche nach sauberer Luft revolutionieren und einen bedeutenden Einfluss im Kampf gegen den Klimawandel haben, glauben die Forscher.
Professor Michael Zaworotko, Inhaber des Bernal-Lehrstuhls für Kristalltechnik und Forschungsprofessor der Science Foundation of Ireland am Bernal Institute der Universität Limerick, und seine Kollegen haben das neue Material entwickelt und ihre Ergebnisse in der renommierten Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.
Flüchtige organische Verbindungen (VOC), zu denen auch Benzol gehört, sind eine Klasse giftiger Schadstoffe, die schwerwiegende Umwelt- und Gesundheitsprobleme verursachen. Die Entwicklung von Technologien zur Entfernung von Benzol aus der Luft in Spurenkonzentrationen bei gleichzeitig geringem Energieaufwand ist eine Herausforderung, die bisher noch nicht bewältigt wurde.
„Es wurde eine Familie poröser Materialien – wie ein Schwamm – entwickelt, die Benzoldampf aus verschmutzter Luft auffangen und einen sauberen Luftstrom für eine lange Betriebszeit erzeugen können“, erklärte Professor Zaworotko.
„Diese Materialien können durch leichte Erhitzung leicht regeneriert werden, was sie zu Kandidaten für die Luftreinigung und Umweltsanierung macht.
„Unsere Materialien sind sowohl in Bezug auf die Empfindlichkeit als auch auf die Verarbeitungszeit wesentlich besser als herkömmliche Materialien.“
Professor Zaworotko und Dr. Xiang-Jing Kong vom Fachbereich Chemische Wissenschaften an der UL haben zusammen mit Kollegen von führenden Universitäten in China das neue poröse Material entwickelt, das eine so starke Affinität zu Benzol hat, dass es die giftige Chemikalie selbst dann einfängt, wenn sie nur zu einem Teil in 100.000 vorhanden ist.
Das Material ähnelt einem Schweizer Käse, denn es ist voller Löcher, und diese Löcher ziehen die Benzolmoleküle an, so die Forscher.
Da der Abscheidungsprozess auf einer physikalischen und nicht auf einer chemischen Bindung beruht, ist der Energieaufwand für die Abscheidung und Freisetzung viel geringer als bei früheren Materialgenerationen.
„Die Aufspaltung von Gasgemischen ist schwer zu bewerkstelligen. Dies gilt insbesondere für die kleinen Bestandteile der Luft, wie Kohlendioxid und Wasser. Die Eigenschaften unseres neuen Materials zeigen, dass das Aufbrechen von Benzol nicht mehr schwierig ist“, erklärte Professor Zaworotko.
Frühere Arbeiten aus dem Labor von Professor Zaworotko führten zu führenden Materialien für die Abscheidung von Kohlenstoff und das Sammeln von Wasser. Das Material, das Wasser auffängt, hat so günstige Eigenschaften für das Auffangen und Freisetzen von Wasser aus der Atmosphäre, dass es bereits in Luftentfeuchtungssystemen eingesetzt wird.
Dr. Xiang-Jing Kong erklärte: „Auf der Grundlage eines intelligenten Designs können unsere Materialien technische und gesellschaftliche Herausforderungen wie die Entfernung von Benzolspuren aus der Luft gut bewältigen. Dies ist für herkömmliche Materialien schwierig und unterstreicht somit den Charme poröser Materialien“.
Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass eine neue Generation maßgeschneiderter poröser Materialien, wie sie bei UL erfunden wurden, einen allgemeinen Ansatz für die Abscheidung giftiger Chemikalien aus der Luft ermöglichen kann.
„Aromatische Isomere lassen sich in ihren Mischungen mit herkömmlichen Methoden, die immer energieintensiv sind, nur schwer abtrennen“, erklärt Dr. Xiang-Jing Kong.
„Diese Forschungsarbeit eröffnete Möglichkeiten zur Entwicklung poröser Materialien für eine effiziente Abtrennung dieser Chemikalien mit geringem Energieaufwand sowie zur Entfernung anderer Spurenschadstoffe aus der Luft.
Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat und der Science Foundation Ireland finanziert.
Datum: Mai 17, 2022
Quelle: Universität von Limerick
Journal Reference:
- Tao He, Xiang-Jing Kong, Zhen-Xing Bian, Yong-Zheng Zhang, Guang-Rui Si, Lin-Hua Xie, Xue-Qian Wu, Hongliang Huang, Ze Chang, Xian-He Bu, Michael J. Zaworotko, Zuo-Ren Nie, Jian-Rong Li. Trace removal of benzene vapour using double-walled metal–dipyrazolate frameworks. Nature Materials, 2022; DOI: 10.1038/s41563-022-01237-x